MJ - DIGITAL

Datoriserad anläggning enligt NMRA-DCC standard

 

dcclog.gif (2135 bytes)

TillbakaStartsidan

"With DCC you run the train - not the track"

     

Några tips

När väl beslutet är taget att digitalisera en MJ-anläggning finns flera vägar att gå. Valet står mellan styrning från dator (PC / Mac) eller att på traditionellt sätt styra tåg och växlar från en digitalt körreglage. Dessutom kan man välja mellan att köpa färdigt eller bygga själv.
De färdiga satserna för 2-räls likström med tillbehör från de stora tillverkarna följer NMRA DCC standard med avseende på lokstyrning men har individuella lösningar för övriga funktioner som växlar, signaler mm. – alltså ej helt kompatibla. Vissa system är i grundutförande baserade på centralenhet och köraggregat med datoranslutning som option och andra system enbart avsedda för anslutning till en PC.
Programvaror finns en hel del att välja på – de flesta i PC miljö.

Eftersom jag började att digitalisera min anläggning 1996 fanns inte mycket färdigt att köpa till rimligt pris och valde därför att bygga DCC enheterna själv. Inte alltför tekniskt komplicerat med baskunskaper i elektronik. Flera alternativ till självbygge fanns i litteratur och på Internet. Rutger Fribergs NMRAF-serie av boostrar och dekodrar är ett mycket bra exempel.
De mobila dekodrarna i loken valde jag dock att köpa färdiga även om det är fullt möjligt att bygga dessa till N-skalan vilket kräver kunskap i programmering av PIC-processorer och lödning av ytmonterade kretsar. Knappast lönsamt med tanke på hur priserna gått ned på mobila dekodrar. 
 I dagens läge finns ju mängder av olika fabrikat på DCC-utrustning att köpa till vettig kostnad.

Jag byggde min anläggning från början baserat på analog teknik med blockindelning och flera köraggregat kontrollerat med omkopplare och lysdioder från en panel med spårplan.
Då jag bestämde mig för att bygga om anläggningen för digital styrning från en PC valde jag att gå stegvis fram i "digitaliseringen" och började att kolla upp marknaden för en lämplig programvara.
Valet föll då på Winlok 2.1 som i början på 90-talet ansågs vara ett av de bättre tågstyrningsprogrammen. I dagens läge inte är inte detta något att rekommendera eftersom Winlok inte utvecklas vidare och inte heller supportas. 
Jag använder idag är Train Controller från Railroad & Co. Ett program som kan köpas i olika nivåer av funktionalitet och innehåller mycket avancerad teknik för både manuell och automatisk körning av anläggningen.

Jag inledde med att i programvaran definiera alla funktioner i anläggningen och köra dessa i simuleringsläge. De flesta program för MJ  finns i gratis demoversion på nätet – rekommenderas för att testa ideer och lösningar innan inköp av programmet och hårdvaran.

TillbakaÖVERST PÅ SIDAN
Hur fungerar det?

Kortfattat beskrivning av MJ - digital

En centralenhet med köraggregat (alternativt dator) sänder via en booster styrsignaler bestående av digitala pulser till rälsen.

Dekodern i loket tar emot pulsinformationen som innehåller både data och kraftmatning. Varje lok har en unik "lokadress" så att rätt kommandon avkodas i respektive lok, vilket innebär att flera lok på samma räls kan påverkas individuellt från centralenheten. En likriktare i dekodern separerar kraftmatningen till motorn och belysningen i loket.

NMRA DCC standarden definierar en lång rad funktioner som påverkar ett antal register i dekodern.
Inledningsvis kommer användaren endast i kontakt med följande grundfunktioner:

Framåt / Bakåt   -    Startnivå   -   Hastighet   -    Acceleration   -   Inbromsning   -    Ljus till / från

Hastigheten regleras med 14 upp till 128 körsteg beroende av dekodertyp och fabrikat.

Mer avancerade funktioner kan styras som rök, ljud, kontroll av koppel mm. Detta kräver dock fler funktioner i dekodern eller flera dekodrar i loket vilket för N-skale rallaren kan bli en alltför stor utmaning.

De avgörande kriterierna för val av lokdekoder är fysiska mått och lokets strömförbrukning. För N-skalelok ligger strömförbrukningen maximalt kring 0,5 Amp och ofta lägre.

För att säkert avgöra ett speciellt loks maximala strömförbrukning mätes den sk. "stall"-strömmen innan loket bygges om.

Anslut ett mätinstrument (DC Amp) mellan det analoga köraggregatet och rälsen. Håll fast loket med stillastående hjul och vrid upp köraggregatet till max och läs av strömmen. Denna situation är den maximala belastningen dekodern kommer att utsättas för. Observera att dekoderns definition av maxström skall mata både motor och belysning.

Ett stort antal mobila dekodrar av olika fabrikat finns att tillgå. I den nya DCC-boken (Rutger Friberg ,Stan Ames) finns en komplett lista över marknadens dekodrar med mått, drivförmåga, antal körsteg samt leverantörens garanti policy mm. Flera svenska butiker lagerför bl.a. Lenz och TRAN dekodrar som har små fysiska mått som lämpar sig väl för N-skalan. 
Dessa dekodrar har EMF-teknik, vilket innebär att motorns "belastning" avkännes och återmatas till motordrivlogiken i dekodern. Detta ger en konstant hastighet hos loket för ett valt körsteg oavsett upp eller nedförsbacke eller variationer i belastningar från tågsetet.


Blockschemat ovan visar i princip hur ett digitalsystem kan vara konfigurerat. Installationen till den aktuella anläggningen består av flera boostrar (Lenz) och ett antal stationära dekodrar (Digitrax DS 64 och Lenz LS150) för olika funktioner.
Tågen kan styras från någon av körreglagen alternativt från datorn.

Växlar, signaler och räls har separata boostrar matade från skilda trafon. Ett säkrare sätt att distribuera kraftmatningen med åtskilda DCC-bussar.
  Däremot matas data till boostrarna gemensamt från datorn. Lenz LS150 och Digitrax DS 64 styr växlarna (Trix och Peco). Digitrax DS 64 med inbyggd urladdningskondensator (CDU) är anpassad för Peco`s växelmotorer med tyst omläggning utan det vanligt förekommande "surret". Den digitala signalen (J_K) från boostern till rälsen går via en detektor för respektive block som känner av om  blocket är ockuperat av ett lok i rörelse eller stillastående. Blockdetektorerna återmatar status från blocken via "RS.bussen" till centralenhet och dator.
TillbakaÖVERST PÅ SIDAN
Skärmbild av programvaran Train Controller
             

Det tycks på en del håll råda en missuppfattning när det gäller styrning av en modelljärnväg från dator.

"jag vill köra tågen själv och inte se på när datorn gör det"

Ett begränsat synsätt – välj själv – manuellt eller automatiskt via datorn. Köraggregat finns ju på datorskärmen kontrollerade från mus eller tangentbord alternativt från centralenhetens körreglage
Med Train Controller (eller annan programvara för MJ) bygger man upp sin spårplan på bildskärmen (layout) med växlar, block och signaler som utgör sk. aktiva element påverkade av faktiska händelser i anläggningen och från menyfönster på skärmen. Körvägar i anläggningen definieras av sk. "rutter" som påverkar involverade växlar, block, och signaler. Flera rutter kan samtidigt vara aktiva inbördes prioriterade med delvis gemensamma block och växlar på delsträckor.
Om centralenheten har kompletterats med återmatningsenhet och anläggningen kompletterats med blocksensorer kan tågens läge i spårplanen indikeras på datorskärmen.
Alla aktiva funktioner i spårplanen kan påverkas med ett musklick på skärmen genom att peka på växel, blocket, rutten eller signalen.
Krångligt? – nej, allt definieras i Windowsmiljö med klara instruktioner och hjälpmenyer där resultatet hamnar i en databas. Nämnda funktioner finns här som poster länkade till varandra i ett logiskt mönster.
Enligt ovanstående kör man antingen anläggningen manuellt från datorn och samtidigt följer alla händelser på datorskärmen alternativt definierar sessioner som hanteras automatiskt av Train Controller. Med sessioner avses ett eller flera tåg i rörelse definierade med avgång och destinations positioner. Ingen programmering behövs i Train Controller , endast definition av parametrar.

TillbakaÖVERST PÅ SIDAN
Booster NMRAF 8

Ett DCC system baserat på styrning från datorprogrammet Train Controller  kräver en centralenhet som tar emot kommandon från datorn och omvandlar dessa till ett protokoll för DCC-bussen. I en centralenheten (ex. Lenz LZV 100) finns inbyggt en s.k. booster som förser DCC utgången med kraftmatning för både mobila dekodrar (loken) och stationära dekodrar (växlar mm.)
Jag har dock valt att separera DCC-matningen av växlar, avkopplare, signaler mm. från matningen av rälsen.
Tågen matas alltså  från centralenhetens inbyggda booster och övriga funktioner av separata boostrar  - NMRAF 8.
Denna booster består av ett fåtal komponenter och som självbygge nedbringar kostnaden för en extra booster till några hundralappar.
NMRAF8.jpg (26691 bytes)
En större anläggning kräver uppdelning av kraftmatningen (power districts). Så även rälsmatningen kan kräva flera boostrar för att förse anläggningen med tillräcklig kraftmatning. 
En NMRAF 8 booster består av en logik/data-del samt kraftmatningsdel. Flera NMRAF 8 kan kombineras och utnyttja en gemensam logik/datadel monterad på en NMRAF 8 (master).
De övriga boostrarna (slavar) innehåller endast kraftdelen som styrs av den gemensamma logiken. Respektive kraftdel är ansluten till separata transformatorer eller olika lindningar från samma trafo.  Med utgångspunkt från kopplings-schema i "Elektronik för modelljärnvägen 5" är det enkelt att utföra ovanstående kombination av flera boostrar.
Flera boostrar ger en fördelning av strömförsörjningen till anläggningen utan inbördes påverkan mellan olika matningar vid tillfällig överbelastning eller kortslutning.
Varje NMRAF8 kraftdel är kompletterad med ett överströmsskydd (typ Polyswitch).
TillbakaÖVERST PÅ SIDAN
Stationär dekoder Digitrax DS 64 och Lenz LS150

Med en stationär dekoder som främst används för styrning av solenoidväxlar är momentan matning nödvändig för att ej skada växeln.
Lenz LS150 klarar att styra 6 st växlar av typ (TRIX / ROCO)
. Pecos växelmotorer  fungerar med LS 150 men p.g.a. växelströmsmatningen uppstår uppstår ett starkt surrande ljud som på sikt kan skada PECO växlar (vibrationer).

Ett mycket bra alternativ för PECO`s växelsolenoider är Digitrax växeldekoder DS 64 som innehåller en "CDU" (Capacitor Discharge Unit) vilket innebär att solenoiden matas med en kort likspänningspuls och växeln lägger om med ett svagt "knäpp". Dessutom har DS 64 intern logik för villkor av växlars inbördes lägen i exempelvis växelgator vid stationer. Mycket bra hjälpmedel om man inte kör från ett MJ-datorprogram.

För "statiska" funktioner (ej puls) på en MJ-anläggning som signaler och belysning är Littfinskis dekodrar ett utmärkt alternativ.

 

                           

Lenz LS 150 för 6st växlar Digitrax DS 64 för 4 växlar Littfinski LS-DEC för 4 signaler
TillbakaÖVERST PÅ SIDAN
Blocksensor 
Varför blockindelning med MJ-digital? - Loken kan ju ändå styras individuellt med konstant matning på hela anläggningen?
Om digitalsystemet kompletteras med styrning från ett datorprogram kan man med blocksensorer få indikering på datorskärmen var tågen befinner sig och mer avancerat utnyttja automatkörning av tågen i vissa program.

Nedanstående visar några självbyggen av blocksensorer. 



Blockdetektor.jpg (31235 bytes) Reläerna släpper fram DCC-matningen till rälsen där strömmen passerar via diodbryggan D2 som ger ett spänningsfall till blockdetektorn.
Då ett lok eller belyst vagn (i rörelse eller stillastående) befinner sig på det aktuella blocket aktiveras optokopplaren D3 i blockdetektorn som matar transistorn T3 vars utgång är ansluten till ett digital återkopplingsmodul. (ex. Lenz LR101) som i sin tur är ansluten till centralenheten.
För att erhålla en stabil nivå till datorn är utgången från T3 "glättad" med D4 och C1 som utjämnar påverkan från DCC pulsningen.

 

Detaljer Här!

Förenklat utförande av blocksensor

En blocksensor kan i sitt enklaste utförande endast bestå av en diodbrygga och en optokopplare ansluten till en återkopplingsmodul i sin tur är ansluten till centralenhet. Detta kräver dock att återkopplingsmodulen eller ett datorprogram ser till att blockindikeringen blir filtrerad och stabil. MJ-programmet TrainController "TC" har mycket bra funktioner för att på olika sätt filtrera och stabilisera indata från anläggningen till programmet.
4 st blocksensorer byggda på ett experimentkort                                Blocksensor ansluten till Littfinski återkopplingsmodul (16 ingångar)
ÖVERST PÅ SIDANTillbaka
Inbyggnad av Lok- dekoder

Att förse ett lok med dekoder för MJ-digital i skala H0 eller större innebär sällan några problem eftersom utrymmet under lokkåpan oftast har gott om utrymme. N-skala eller Z är däremot en utmaning som kräver god förberedelse och ett stort mått av tålamod för att lyckas. Varje enskild loktyp måste betraktas individuellt - det finns ingen standarlösning för den mekaniska anpassningen.

Jag kommer här att ge några generella tips samt beskriva några exempel på inbyggnad av mobila dekodrar i Fleischman "Rc4" och "Du" N-skalelok. Dekodrarna följer den etablerade NMRA-DCC standarden för digital MJ-styrning.

NMRA standarden innefattar kommunikations-protokoll och definition av en mängd register i dekodern med avseende på innehåll och funktion. En installation av lokdekoder kräver endast kunskap om de grundläggande funktionerna, som kommer att beskrivas i denna artikel. Jag rekommenderar att studera Rutger Fribergs bok nr. 5 och den nya DCC boken för att få en djupare inblick i NMRA- standard.

Vi kan tacksamt notera att de flesta leverantörer av mobila dekodrar numera följer NMRA standard med avseende på lokstyrning. Däremot slår varje leverantör vakt om sina egna lösningar då det gäller styrning av stationära funktioner som växlar, signaler mm. Det går således inte att blanda körkontroller, boosters eller växeldekodrar mellan olika fabrikat frånsett några få undantag.

Installation av dekoder i Rc4 - lok
dek_RC4-gold.jpg (50118 bytes)Rc4:an har redan som analogt N-skalelok mycket fina gångegenskaper som blir ännu bättre med digital styrning. Här kommer "Lenz mini Gold" LE 10410 dekoder att användas, som har ytterst små mått för att passa N-skalan och det begränsade utrymmet i RC-loket
Den uppmätta "stall"-strömen är 300mA, som klaras av nämnda dekodrar med god marginal.

 

Innan dekodern monteras måste loket förberedas både elektriskt och mekaniskt. Se till att loket fungerar klanderfritt före ombyggnaden - viktigt vid ev. felsökning.
Tag av lokkåpan och montera bort elanslutning till takströmavtagare. Ett analogt lok har normalt ett kretskort som förbinder släpkontakter från hjul till motor och lampor. I Rc4 behålles anslutningarna av motor och lampor till det befintliga kretskortet som modifieras med kapningar i folien för anpassning till dekodern (se nedanst. skiss). Behåll kretskortets kontakt med de strömupptagande hjulen. Kondensator och drosslar samt lamplikriktarna tas bort. (sitter dolda under lampanslutningarna)

Den mekaniska anpassningen i detta fall består endast av att avlägsna plast ramen med omkopplaren för spår/luftledning mellan boggierna.

     Dekodern monterad mellan boggier                                     RC4 kretskort                                Alternativa anslutningar av lampor

     Dekoder koppling.gif (3713 bytes)
Utrymmet under loket mellan boggierna ger tillräckligt plats för dekodern då strömavtagar / räls - omkopplaren tas bort. Passa in dekodern före slutlig montering och se till att alla rörliga delar går fritt och att de elektriska delarna som skall vara isolerade inte får oönskad kontakt. Kontrollera även att lokkåpan går att sätta tillbaka.
Det är viktigt att få en bra värmeavledning från dekodern till chassit. Flera leverantörer av dekodrar bifogar värmeledande dubbelhäftande tape för en stabil och kylande montering. Linda aldrig in dekodern i isolertape! 
Övriga anslutningar från dekodern till släpkontakter, motor och lampor lödes på det befintliga kretskortet som modifieras med byglingar och avbrott i folien för att följa inkopplingsschemat.
Använd en fin lödkolv och beakta gängse regler med tanke på statisk elektricitet.
Var noga med att ingen av motorns poler har kontakt med annat än den orange och grå ledningen från dekodern.
Mycket viktigt för att dekodern ej skall skadas. Fixera ledningarna med låslack så boggierna rör sig fritt.
I de flesta lok som även gäller RC4 är höger eller vänster hjulsläpkontakt samt den gemensamma polen till lamporna fast anslutna till chassit.
Detta innebär inte något problem vid montering av dekodern frånsett att lamporna endast får halvvågslikriktad matning vilket kan kompenseras med lämpligt val av glödlampa samt att den blå kabeln från dekodern lämnas oansluten.
Installation i Du-loket.
dekoder DU.jpg (26646 bytes)
Detta N-skalelok har mycket begränsat utrymme under lokkåpan. I ena änden av chassit finns dock plats för en liten dekoder förutsatt vissa ingrepp. Jag har i detta exempel valt LE 040 för Du-loket. Det befintliga kretskortet kapas på två ställen och en mittbit avlägsnas. Chassit filas ned ca: 3 mm. LE 040 dekodern har allt i samma enhet och fixeras med en medföljande dubbelhäftande tapen.
Du lok dcc.gif (4086 bytes)

Du-loket har dubbla hjulsläpkontakter på varje sida. Ett par har fortfarande kontakt med kretskortet efter modifieringen medan det andra paret måste kompletteras med ledningar där kretskortet kapats. Både höger och vänster hjulsläpkontakter är isolerade från chassit vilket innebär att den blå ledningen från dekodern skall lödas till chassit och användas som gemensam part för lamporna. Ledningarna från dekodern anslutes till folien på kretskortet (se fig. 2). I övrigt följer samma procedur som ovanstående beskrivning för Rc4-loket.
Dags att programmera loken

Nu har vi kommit till momentet då loket skall ges önskade köregenskaper genom att programmera den inbyggda dekodern.
Digitalsystemets centralenhet har ett programmeringsläge och vid körning från dator finns en speciell programfunktion för lokprogrammering. Vissa system medger även programmering av loken från en handkontroll.

För mer avancerade tillämpningar med många funktioner finns möjlighet att programmera en mängd register i dekodern. Här beskrives endast de fyra grundinställningarna. (adress, startnivå, acceleration och inbromsning)
En ledig unik adress ges till loket. Tandemkopplade lok ges samma adress med individuella anpassade körparametrar.

Startnivån kan skilja mycket mellan olika lok. Olika motorer och annan friktion i loket bestämmer en lägsta startspänning. Var noggrann med startnivån - har man en dekoder med 14 körsteg är det onödigt att slösa bort hälften av körstegen på ett stillastående lok . Första körsteget skall ju få loket att "smyga" och resten utgöra så fina steg som möjligt upp till toppfart.
Acceleration och inbromsning programmeras med varsitt lämpligt värde för att erhålla önskvärt resultat – testa.
Betänk att ett antal hundra ton inte stannar på 10 meter!

Använd alltid ett separat programmeringsspår avskilt från anläggningen helst en cirkelbana med diameter minst 1 meter. för att kunna finjustera startnivån och acceleration.
Om programmeringen av misstag utföres på den ordinarie anläggningen kommer alla lok som står på spåret att få sina tidigare inställningar raderade. 

Beakta att MJ- digital i praktiken matar "växelström" via rälsen. Detta ger mycket större tolerans mot smuts och oxid på rälsen jämfört med ren likström. Bästa upptagningsförmågan fås alltid med boggielok. Stela axlar utan fjädring är ju alltid ett bekymmer. Du-loket har trots digitalstyrningen svårt att få bra gångegenskaper. Jag har testat med två tandemkopplade Du-lok för att få ökad kontakt mot rälsen. Loken är identiskt programmerade med samma adress ,vilket innebär att kombinationen agerar som ett
lok från centralenheten. Ett annat sätt är att ansluta en vagn med släpkontakter fast kopplat till loket för att öka upptagningsförmågan. Denna metod kan vara den yttersta lösningen om det är helt omöjligt att få in en dekoder i loket (Z-skalan) eller om man vill undvika stora mekaniska ingrepp i loket.
Dekodern placeras i den tomma vagnen och tunna ledningar dras från vagnen till lokets motor och lampor.
Ytterligare ett exempel på detta utnyttjas vid inbyggnad av dekoder i tenderlok med dekodern i tendern.

Med erfarenhet från ovanstående exempel kan motsvarande teknik användas vid installation av DCC-dekoder i de flesta lok i små skalor.

dekoder BR150.jpg (29935 bytes)dekoder BR628.jpg (21415 bytes)dekoder tender.jpg (26769 bytes)
ÖVERST PÅ SIDANTillbaka

TillbakaÖVERST PÅ SIDAN
Per-Åke Jansson, email: